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Aufbau von aus hochpermeablem Baustoff bestehenden Wicklungskernen
beliebiger Kontur für elektrische Apparate aus Bändern, Bund- oder Profildrähten,
Litzen o. dgl., welche das Innere der Stromspulen durchsetzen und einen oder mehrere
Kerne bilden, deren jeder aus mindestens zwei solchen Bändern (Drähten, Litzen o.
dgl.) besteht In den letzten Jahren sind ferromagnetische Baustoffe bekannt geworden,
die sich durch ungewöhnlich hohe Permeabilität im Bereiche geringer Feldstärken
auszeichnen, so z. B. Permalloy aus 78,5 % Nickel und a1,5 % Eisen mit einer Anfangspermeabilität
&,o= 1z ooo und Hypernik aus 50% Nickel und 500/0 Eisen miteiner Anfangspermeabilität
p,=2400 gegenüber den bisher verwendeten Eisensorten mit j.co - 450 oder darunter.
Werden Bleche aus solchen Baustoffen zu Wicklungskernen für- elektrische Apparate,
wie z. B. Drosselspulen oder Transformatoren ü. dgl., in der üblichen Art aus zweiteiligen
Blechlagen zusammengesetzt, so daß der Kern nachträglich für Lage in die fertigen
Stromwicklungen eingebracht werden kann, so macht die entmagnetisierende Wirkung
der Trennungsfugen die volle Ausnutzung der theoretischen Permeabilität unmöglich.
Ist J die Magnetisierungsintensität der Bleche, so ist die resultierende magnetisierende
Feldstärke H durch die Formel H=H'-NJ gegeben, worin H' die ursprüngliche äußere
Feldstärke, wie sie in einem fugenlosen Ringe zur vollen Wirkung käme, und N einen
von den räumlichen Verhältnissen der Trennungsfuge und der Länge des Kraftlinienweges
im, Ferromagnetikum abhängigen Entmagnetisierüngsfaktor bezeichnet. Je größer ,u
ist, desto größer ist die einer bestimmten Feldstärke H- entsprechende Magnetisierungsintensität
und desto größer unter sonst gleichen Umständen auch der Unterschied zwischen der
ursprünglichen äußeren Feldstärke H' und der resultierenden H. Ist die Permeabilität
im fugenlosen Ringe bei der Magnetisierungsintensität J 'gleich,uo, so sinkt ihr
Betrag in einem mit einer Trennungsfuge versehenen und auf die gleiche Intensität
J magnetisierten Ringe auf den Betragyo', der sich aus der Formel
ergibt. Das Verhältnis ,u,' :,u" ist daher um so kleiner als eins, je größer ,u,
ist. Entmagnetisierungsfaktoren N, die bei ,uo - 450 praktisch noch keinen Einfluß
ausüben, können daher bei höheren Permeabilitäten bereits sehr unangenehm bemerkbar
werden.
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Es sind mehrere Ausführungsformen von lamellierten. magnetischen Kernen
bekannt, welche die nachteilige Wirkung der Trennungsfugen vermeiden. Nach einem
dieser Verfahren werden die Kerne nicht aus zweiteiligen, nachträglich in die fertige
Bewick-
Jung einzuführenden Stanzblechen, sondern aus ungeteilten
Blechringen aufgeschichtet. Die Drahtwindungen müssen dann auf den fertigen Kern
gewickelt werden. Nach einem anderen Verfahren wird der Kern aus einem einzigen
fortlaufenden Drahte oder Bande hergestellt. Hierbei wird der Draht oder das Band
entweder mit der nötigen Anzahl von Umläufen in die fertigen Wicklungen eingeführt
oder werden umgekehrt die stromführenden Drahtwindungen nachträglich auf den fertigen
Kern gewickelt. Ferner kann im ersteren Falle entweder das äußere Ende des Drahtes
oder Bandes so oftmal durch das Spuleninnere durchgefädelt werden, als Umläufe nötig
sind, oder es wird das innere Ende des Drahtes oder Bandes um eine Spulenseite ebensooft
herumgeführt, wobei sich der Draht oder das Band nach und nach um sich selbst aufwickelt,
so daß das oftmalige Einfädeln und Durchziehen der ganzen noch unaufgewickelten
Länge entfällt. Alle diese Verfahren besitzen jedoch Nachteile. Diese bestehen bei
allen Bauarten; bei welchen die stromführenden Wicklungen auf den fertigen Kern
aufgebracht werden, in der umständlichen und zeitraubenden Art dieser Arbeit. Eine
ähnliche Umständlichkeit haftet allen Verfahren an, bei denen der Kern durch oftmaliges
Einfädeln und Durchziehen des äußeren Draht- oder Bandendes hergestellt wird. Das
Verfahren des Herumführens des inneren Draht- oder Bandendes um eine Spulenseite
vermeidet zwar den angeführten Nachteil, läßt jedoch insofern keine vollkommene
Raumausnutzung zu, als es zunächst nur einen Kern mit kreisförmiger Kontur liefert,
aus der eine rechteckige Kontur nur durch nachträgliches Pressen des fertigen Kernes
hergestellt werden kann. Auf diese Weise gelingt es aber nicht, einen Kern von rechteckiger
Kontur und zugleich der kleinstmöglichen Seitenlänge herzustellen. Man hat daher
mit einem längeren Kraftlinienwege im Eisen und einem höheren Eisengewicht, also
höheren Verlusten zu rechnen. Die Eisenverluste fallen aber insbesonders bei kleinen
Transformatoren sehr merklich in die Waagschale.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist nun ein Kernaufbau, welcher
ein bequemes Einbringen des Kernes in die fertigen Stromspulen ermöglicht, ohne
die eben geschilderten Nachteile zu besitzen. Dies wird erreicht, indem man die
Kerne z. B. bei der Herstellung aus Flachband nicht aus einem einzigen fortlaufenden
Bande, sondern aus mehreren nacheinander übereimandergewickelben Bändern herstellt,
die nach Fig. i oder Fig. 2 in einer genügenden Anzahl von Windungen angeordnet
werden. Die Herstellung der einzelnen Teilspulen erfolgt dabei derart, daß das äußere
Ende des betreffenden Bandabschnittes in das Spuleninnere eingefädelt und die noch
unaufgewickelte Länge durchgezogen wird, wobei diese Arbeit wegen der Trennung des
Bandes in mehrere Abschnittewesentlich weniger zeitraubend und umständlich ausfällt,
als wenn man bei jedem Umlauf die ganze Bandlänge durchziehen müßte. Auf diese Art
können auch rechteckige Kerne mit vollkommener Raumausnutzung hergestellt werden.
Fig. i stellt den Aufbau solcher Wicklungskerne für eine Kerntype, Fig.2 für eine
Manteltype dar; ca sind die Trennstellen der einzelnen Bandabschnitte.
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Diese Bauart beruht darauf, daß der EntmagnetisierungsfaktorN nicht
nur von den räumlichen Verhältnissen der Trennungsfugen, sondern auch von ihrer
Anzahl bezogen auf die Längeneinheit des Kraftlinienweges im Ferromagnetikum abhängt.
In einem Eisenringe von der Länge h, der durch einen Luftspalt von der auf gleichen
Querschnitt mit dem Eisenringe reduzierten Länge 1e unterbrochen ist, ist der Entmagnetisierungsfaktor
der Einfluß dieses Faktors auf die Größe der scheinbaren Permeabilität ,uö hängt
nun von dem Werte des Ausdrucks
ab, der im praktischen Falle, wenn l, gegenüber Z1 und i gegenüber y, klein sind,
mit genügender Annäherung durch y, 1e : li ersetzt werden kann. Man wird
daher in allen Fällen, in denen man bei go - 450 mit zwei Trennungsstellen je Umlauf
auskommt, dasselbe Verhältnis ,u"' : A" wieder erreichen, wenn man eine Trennungsfuge
auf,ua/goo Umläufe anordnet, und somit unter der Voraussetzung gleicher Blechstärken
die einzelnen Flachbandspulen des Kernes bei Yo =:2 400 mit etwa drei Windungen,
bei #Lo= i2 00o mit 12 bis 13 Windungen herstellen können. Hieraus folgt,
daß man nicht genötigt ist, Blechstreifen von unbequemer Länge zu verwenden, so
daß das Wickeln des Kernes kaum zeitraubender sein wird als das Aufschichten aus
zweiteiligen ebenen Blechen. Man ist übrigens in der weiteren Annäherung des Verhältnisses
&,o : t,() an die Einheit durch Vermehrung der Windungszahl der Flachb,andspulen,
gegebenenfalls unter gleichzeitiger Herabsetzung der Blechstärke, nicht beschränkt.
An Stelle der Flachbandspulen können natürlich auch solche aus Rund- oder Profildraht
oder aus Litzen mit einer für die
gewünschte Herabsetzung des Entmagnetisierungsfaktors
ausreichenden Windungszahl treten.